Teknostart prosjekt 2010 for Kommunikasjonsteknologi. Posisjoneringstjenester for mobiltelefon

Transkript

1 Teknostart prosjekt 2010 for Kommunikasjonsteknologi Posisjoneringstjenester for mobiltelefon

2 1. Innledning Posisjoneringstjenester har utallige anvendelsesområder. I denne oppgaven skal det brukes en tjeneste mbuddy - som gjør det mulig å finne (lokalisere) venner ved hjelp av GSM-nettet. Oppgaven er todelt. Den første delen er en praktisk gjennomføring og ekskursjon til fots gjennom Trondheim for å undersøke hvordan mbuddy tjenesten fungerer og hvor nøyaktig den er (se kapittel 2). Andre del av oppgaven er teoretisk, og resultatene fra den praktiske delen skal analyseres (se kapittel 3). Det skal også sees litt på årsakene til at resultatene er som de er, og hvordan de eventuelt kan forbedres. En oversikt over oppgavene som skal løses er gitt i kapittel 4. 2

3 2. Praktisk del Studentene deles inn i grupper med 6 studenter i hver. Hvert gruppemedlem må benytte sin egen mobiltelefon til prosjektet. Det er en fordel hvis det er abonnent fra ulike nettoperatører. Alle utgifter i forbindelse med denne oppgaven blir dekket av institutt for telematikk (se vedlagt utgiftsskjema). Hvert gruppemedlem må registrere seg på mbuddy, og sette seg inn i hvordan mbuddy fungerer. Nettadressen til mbuddy er På mbuddy registrere hvert gruppemedlem de andre gruppemedlemmene som venner. Hver gruppe får utdelt et kart med oppmerket rute gjennom Trondheim/omegn. Denne ruten skal gjennomføres til fots, og underveis skal gruppene gjøre følgende: - Bestemme lokasjon med mbuddy: Dette løses ved å gjøre oppslag mot mbuddy mellom to telefoner som i forkant er registrert på denne tjenesten. Antall posisjoneringer avgjøres av gruppene selv, og kan f.eks. avgjøres av homogenitet i resultatene (målet er å få varierte målinger). Studentene må sørge for å ha nok målinger til å kunne gjøre en enkel statistisk analyse senere. All informasjonen som blir samlet inn må systematisk føres opp slik at den kan bli analysert i den teoretiske delen. - Merke av på utdelt kart hvor målingene er gjort - Notere hvordan omgivelsene/terrenget er (kupert, åpent, mange bygninger, høye bygninger, mye trær) - Bestemme posisjon med GPS (bare hvis noen av gruppemedlemmene har GPS mottaker) 3

4 3. Teoretisk del Resultatene fra målingene i den praktiske delen vil normalt variere, og det er ofte avvik fra den faktiske posisjonen. To faktorer som kan være avgjørende for hvor nøyaktig posisjonen som returneres av mbuddy er: Grunnleggende informasjon om GSM og posisjonering Grunnleggende og enkel innføring i GSM og posisjonering finnes blant annet her: - GSM: - Mobiltelefon: - Celle: - Cellulære nett: - Posisjonering av mobilstasjon: Størrelse på/tetthet av basestasjoner Ved helt enkel posisjonering i GSM identifiseres basestasjonen som en telefon er tilknyttet, og deretter gjøres et oppslag på denne basestasjonens posisjon og dens dekningsområde (cellestørrelsen). Hvis basestasjonen har stort dekningsområde (vanligvis utenfor byene, på fjellet etc.) vil posisjoneringen være dårligere enn om dekningsområdet for basestasjonen er lite (i byer med høy tetthet av basestasjoner). Nøyaktigheten på denne posisjonen kan forbedres ved at en bruker en kjent verdi (Timing Advance, TA). TA er en verdi som i utgangspunktet er brukt for å synkronisere mobiltelefoner med basestasjonene, og den sier hvor lang tid det tar for et signal å propagere, eller bli overført, mellom en mobiltelefon og en basestasjon. Hvis denne tiden er kjent, og en antar fritt-rom propagasjon (dvs. vakuum), kan avstanden mellom mobiltelefon og basestasjon beregnes ved å anta at signalet beveger seg med lysets hastighet (c = 3*10^8 m/s). Se Figur 1. Istedet for å bruke den nøyaktige propagasjonstiden, blir denne digitalisert og representert med bare 6 bit i GSM (da GSM ble standardisert var ikke posisjonering bruksområdet for denne verdien, og 6 bit var nok til det opprinnelige formålet med TA). Fordi denne verdien ikke er helt presis, ser vi i Figur 1 at en mobiltelefon med TA = 1 befinner seg i et område som minner om en smultring. Figur 1: Timing Advance Dvs. at vi ikke vet nøyaktig hvor langt unna basestasjonen en telefon er, men at vi har en øvre og nedre grense. Bredden på smultringen skal finnes i Oppgave e. 4

5 Omgivelser Overføring av informasjon (signal) mellom mobiltelefoner og basestasjoner skjer med elektromagnetiske bølger. Ofte antar man en fritt-rom propagasjonsmodell ved beregninger i mobile telekomsystemer. I praksis blir de elektromagnetiske bølgene utsatt for ulike effekter når de treffer ulike hindringer. Et eksempel på en slik endring er refleksjon; et signal som treffer en gjenstand kan bli reflektert i en annen retning. Dette skjer hvis bølgene i et signal har kort bølgelengde sammenliknet med objektet som treffes. Hvis ikke omgivelsene blir tatt nøye i betraktning når basestasjoner blir satt opp, vil dekningsområdene bli sterkt påvirket av disse hindringene (store hus, fjell etc.). Dette kan også føre til dårligere nøyaktighet på posisjoneringen. Et eksempel klargjør dette: Sett at du er nærmere basestasjon A enn basestasjon B, men på grunn av en hindring mellom basestasjon A og din mobiltelefon er det bedre signalforhold mot basestasjon B og du er dermed registrert på denne. Dette fører til at posisjoneringsinformasjonen er unøyaktig. En mulig måte å forbedre nøyaktigheten på posisjoneringen vil være å anvende dekningskart for basestasjonene og sammenligne forventet signalstyrke med faktisk/observert signalstyrke, evt. fra flere basestasjoner. 5

6 4. Oppgaver Følgende oppgaver skal løses. Det skal leveres en kortfattet rapport som oppsummerer de resultatene gruppen har kommet frem til. Oppgave A: Oversikt over mbuddy Sett deg inn i hvordan mbuddy fungerer, og registrer deg som bruker på tjenesten. Registrer de andre gruppemedlemmene som dine venner i mbuddy. Informasjon om mbuddy finnes på Oppgave B: Oversikt over teoretisk del Sett deg inn i den teoretiske delen av oppgave, se kapittel 3 for mer informasjon. Oppgave C: Praktisk del Løs den praktiske delen. Gruppen får utdelt kart fra læringsassistenten. Gjennomfør en serie målinger langs den oppmålte stien på kartet. Det anbefales å planlegge datainnsamlingsprosessen på forhånd. Se kapittel 2 for mer informasjon. Oppgave D: Dataanalyse 1. Gjør en kort statistisk analyse av målingene fra den praktiske delen. Her kreves blant annet gjennomsnittlig avvik og median. Kan statistikk brukes til å forbedre nøyaktigheten på posisjoneringen? Hvis gruppen hadde tilgang til GPS, gjør også en vurdering av nøyaktigheten til GPS. Se her for konvertering mellom ulike kartformater: 2. Det er vanlig å beskrive nøyaktigheten på posisjoneringssystemer med å angi hvor stor prosentandel av målingene som ligger innenfor en gitt utstrekning. Gi en fornuftig beskrivelse av nøyaktigheten i målingene fra den praktiske oppgaven (x % av målingene innenfor y m). 3. Er det ut fra måleresultatene mulig å anslå hvor basestasjonene ligger? Dersom dette er mulig, merk av område hvor basestasjonen må ligge på kartet og begrunn hvorfor den må ligge der. Ble det observert noen basestasjoner under turen? Oppgave E: Teoretiske oppgaver 1. Vi antar at Timing Advance (TA) i GSM kan være maksimalt 117 mikrosekunder (selv om TA vanligvis beskrives med verdier fra 0-63). Hvor stort er det maksimale dekningsområdet til en basestasjon? 2. Hvor stor avstand beskriver et trinn i TA, mao. hvor bred er smultringene i Figur 1? 3. Nøyaktigheten på posisjonering kan betraktelig forbedres ved å bruke en teknikk som kalles triangulering. Dette er det som brukes i blant annet GPS. Bruk Internett til å finne ut mer om denne teknikken. Hvordan kunne triangulering vært brukt til å gi en mye mer nøyaktig posisjonsangivelse i GSM-systemet? 4. En spesialisert versjon av GPS er Assisted GPS (AGPS). Bruk Internett til å finne ut mer om denne og gi en kommenter til denne i forhold til hva du har lært om nøyaktigheten på posisjonering i GSM i de tidligere oppgavene. Oppgave F: Diskusjonsoppgaver 1. Hvor mye syntes du at bruk av mbuddy skal koste? Hvordan kan en tjenestetilbyder prise dette produktet? 2. Kan du tenke deg andre applikasjoner mbuddy kan videreutvikles til? Oppgave G: Presentasjon Utarbeid en presentasjon basert på funnene i den praktiske delen og fra dataanalyse delen. Presentasjonen skal være på ca 3-5 slides, og hver gruppe får 5 minutter til å presentere sine resultater for de andre gruppene på den siste forelesningen. 6